第五章 物相分析.ppt
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1、X X射线物相分析射线物相分析12 X X射射线线物物相相分分析析方方法法|材料或物质的组成包括两部分:材料或物质的组成包括两部分:一一是材料的组成元素及其含量;是材料的组成元素及其含量;二是二是这些元素的存在状态,即是什么物这些元素的存在状态,即是什么物相。相。|材料由哪些元素组成的分析工作可材料由哪些元素组成的分析工作可以通过化学分析、光谱分析、以通过化学分析、光谱分析、X X射线射线荧光分析等方法来实现,这些工作荧光分析等方法来实现,这些工作称之称之成份分析成份分析。|材料由哪些物相构成可以通过材料由哪些物相构成可以通过X X射线射线衍射分析加以确定,这些工作称之衍射分析加以确定,这些工
2、作称之物相分析或结构分析物相分析或结构分析。3 X X射射线线物物相相分分析析方方法法|材料的成份和组织结构是决定其性材料的成份和组织结构是决定其性能的基本因素能的基本因素;|化学分析能给出材料的成份化学分析能给出材料的成份;|金相分析能揭示材料的显微形貌金相分析能揭示材料的显微形貌;|而而X X射线衍射分析可得出材料中物相射线衍射分析可得出材料中物相的结构。的结构。|因此,三种方法不可互相取代。因此,三种方法不可互相取代。4X射线物相分析|例如例如:钢铁材料(钢铁材料(Fe-CFe-C合金),成份分析可以知道合金),成份分析可以知道其中其中C%C%的含量、合金元素的含量、杂质元素含量等的含量
3、、合金元素的含量、杂质元素含量等等。但这些元素的存在状态可以不同,如碳以石墨等。但这些元素的存在状态可以不同,如碳以石墨的形式存在形成灰口铸铁,若以元素形式存在于固的形式存在形成灰口铸铁,若以元素形式存在于固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。究竟溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。究竟Fe-CFe-C合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。用合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。用X X射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相;射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相;|X射线物相分析给出的结果,不是试样的化学成分,而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。5X射射线线衍衍射射分分析析的的特特点点
4、能鉴定物相而不是元素 如碳钢的主要成分是铁、碳,但X射线衍射并不指出铁、碳的含量为多少,而是指出在各种不同处理条件下该材料由哪些相组成,是铁素体、奥氏体还是碳化物,并指出各相的含量。|能区分同素异构体。如具有不同结构的Al2O3有20多种,用其它方法很难区分开。|试样用量少。|可以不破坏样品(无损检测)。6X射线物相分析分为:|物相定性分析|物相定量分析 7定性相分析|1.1.基本原理基本原理|2.2.PDFPDF卡片卡片|3.3.索引索引|4.4.分析方法分析方法|5.5.计算机自动检索计算机自动检索8 基基本本原原理理|X X射线物相分析是以晶体结构为基础,射线物相分析是以晶体结构为基础,
5、通过比较晶体的衍射花样来进行分析。通过比较晶体的衍射花样来进行分析。|对于晶体物质中来说,各种物对于晶体物质中来说,各种物相相都有自都有自己特定的结构参数(点阵类型、晶胞大己特定的结构参数(点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等)小、晶胞中原子或分子的数目、位置等),结构参数不同则,结构参数不同则X X射线衍射花样也就射线衍射花样也就各不相同,所以通过比较各不相同,所以通过比较X X射线衍射花射线衍射花样可区分出不同的物相。样可区分出不同的物相。|当多种物相同时衍射时,其衍射花样也当多种物相同时衍射时,其衍射花样也是各种物相自身衍射花样的机械叠加。是各种物相自身衍射花样的机械叠加。
6、它们互不干扰,相互独立,逐一比较就它们互不干扰,相互独立,逐一比较就可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的衍射花样,分析标定后即可鉴别出各自衍射花样,分析标定后即可鉴别出各自物相。物相。9|目前已知的晶体物质已有成千上万目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在一定的规范条件下对所种。事先在一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行有已知的晶体物质进行X X射线衍射,射线衍射,获得一套所有晶体物质的标准获得一套所有晶体物质的标准X X射线射线衍射花样图谱,建立成数据库。衍射花样图谱,建立成数据库。|当对某种材料进行物相分析时,只当对某种材料进行物相分析时,只要将实验结
7、果与数据库中的标准衍要将实验结果与数据库中的标准衍射花样图谱进行比对,就可以确定射花样图谱进行比对,就可以确定材料的物相。材料的物相。|X X射线衍射物相分析工作就变成了简射线衍射物相分析工作就变成了简单的单的图谱对照工作图谱对照工作。10定性相分析的判据|通常用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)的数据代表衍射花样。|用d-I数据作为定性相分析的基本判据。11定性相分析的方法 将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组(PDFPDF卡卡片片)进行对比,以鉴定出试样中存在的物相。参考样品的化学组成和来源为判别其可能出现的物相提供线索,减少分析的盲目性。12PDF卡片简介卡片样式
8、卡片样式13PDF卡片的内容|(1)1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区(290)中三条最强衍射线对应的面间距,1d位置上的数据是最大面间距。|(2)2a、2b、2c、2d,分别为上述各衍射线的相对强度,其中最强线的强度为100.1a、1b、1c2a、2b、2c1d2d14辐射光源辐射光源波长波长滤波片滤波片相机直径相机直径所所用用仪仪器器可可测测最最大面间距大面间距测测量量相相对对强强度度的的方法方法数据来源数据来源15 晶系晶系空间群空间群晶胞边长晶胞边长轴率轴率A=aA=a0 0/b/b0 0 C=cC=c0 0/b/b0 0轴角轴角单单位位晶晶胞胞内内“分分子子”数数
9、数据来源数据来源16 光学性质光学性质折射率折射率光学正负性光学正负性光轴角光轴角密度密度熔点熔点颜色颜色数据来源数据来源17 样品来源、样品来源、制备方法、制备方法、升华温度、升华温度、分解温度等分解温度等18 物相名称物相名称 物物相相的的化化学学式式与与数数据据可可靠性靠性可靠性高可靠性高-良好良好-i-i一般一般-空白空白较差较差-O-O计算得到计算得到-C-C19全全部部衍衍射射数数据据20定性相分析程序(1)获得衍射花样:可以用德拜照相法、透射聚焦照相法或衍射仪法。(2)计算面间距d值和测定相对强度I/I1值(I1为最强线的强度)。(3)检索PDF卡片:人工检索或计算机检索。(4)
10、最后判定:判定唯一准确的PDF卡片。21定定性性分分析析方方法法|如待分析试样为单相如待分析试样为单相,在物相未知的在物相未知的情况下可用情况下可用HanawaltHanawalt索引或索引或FinkFink索引索引进行分析。用数字索引进行物相鉴定进行分析。用数字索引进行物相鉴定步骤如下:步骤如下:|1 1 根据待测相的衍射数据,得出三强根据待测相的衍射数据,得出三强线的晶面间距值线的晶面间距值d d1 1、d d2 2和和d d3 3(并估计(并估计它们的误差)。它们的误差)。|2 2 根据最强线的面间距根据最强线的面间距d d1 1,在数字索,在数字索引中找到所属的组,再根据引中找到所属的
11、组,再根据d d2 2和和d d3 3找找到其中的一行。到其中的一行。22定定性性分分析析方方法法|3 3 比较此行中的三条线,看其相对强比较此行中的三条线,看其相对强度是否与被摄物质的三强线基本一致。度是否与被摄物质的三强线基本一致。如如d d和和I/II/I1 1都基本一致,则可初步断定都基本一致,则可初步断定未知物质中含有卡片所载的这种物质。未知物质中含有卡片所载的这种物质。|4 4 根据索引中查找的卡片号,从卡片根据索引中查找的卡片号,从卡片盒中找到所需的卡片。盒中找到所需的卡片。|5 5 将卡片上全部将卡片上全部d d和和I/II/I1 1与未知物质的与未知物质的d d和和I/II/
12、I1 1对比,如果完全吻合则卡片上对比,如果完全吻合则卡片上记载的物质,就是要鉴定的未知物质。记载的物质,就是要鉴定的未知物质。23多多相相混混合合物物物物相相定定性性分分析析方方法法|当待分析样为当待分析样为多相混合物多相混合物时,根据混合物时,根据混合物的衍射花样为各相衍射花样的叠加,也可的衍射花样为各相衍射花样的叠加,也可对物相逐一进行鉴定,但手续比较复杂。对物相逐一进行鉴定,但手续比较复杂。具体过程为:具体过程为:|用尝试的办法进行物相鉴定:先取三强线用尝试的办法进行物相鉴定:先取三强线尝试,吻合则可定;不吻合则从谱中换一尝试,吻合则可定;不吻合则从谱中换一根(或二根)线再尝试,直至吻
13、合。根(或二根)线再尝试,直至吻合。|对照卡片去掉已吻合的线条(即标定一相)对照卡片去掉已吻合的线条(即标定一相),剩余线条归一化后再尝试鉴定。直至所,剩余线条归一化后再尝试鉴定。直至所有线条都标定完毕。有线条都标定完毕。24|d/I/I1d/I/I1d/I/I1|3.0151.50201.043|2.47721.2990.985|2.13281.28180.914|2.091001.2250.838|1.80521.08200.8110待测相的衍射数据举例25符合较好的一些物相|物质 卡片号d/相对强度I/I1|实测数据2.091.811.281005020|Cu-Be(2.4%)9-213
14、2.101.831.281008080|Cu4-8362.091.811.281004620|Cu-Ni9-2062.081.801.271008080|Ni3(AlTi)C19-352.081.801.271003520|Ni3Al9-972.071.801.271007050 与待测试样中三强线晶面间距符合较好的一些物相与待测试样中三强线晶面间距符合较好的一些物相与待测试样中三强线晶面间距符合较好的一些物相与待测试样中三强线晶面间距符合较好的一些物相26|d/I/I1d/I/I1|2.088100 1.04365|1.808460.90383|1.278200.82939|1.090170
15、.808384-8364-836卡片卡片CuCu的衍射数据的衍射数据27|待测试样中的剩余线条待测试样中的剩余线条 5-667号的号的Cu2O衍射数据衍射数据|d/I/I1 d/I/I1|观测值观测值 归一值归一值|3.01 5 7 3.0209|2.47 70 100 2.465100|2.13 30 40 2.13537|1.50 20 30 1.51027|1.29 10 15 1.28717|1.22 5 7 1.2334|1.06742|0.98 5 7 0.97954|0.95483|0.8715 3|0.82163 剩余线条与剩余线条与剩余线条与剩余线条与CuCu2 2OO的衍射
16、数据的比较的衍射数据的比较的衍射数据的比较的衍射数据的比较28|1.1.根据被测物质的衍射数据,确定各衍射根据被测物质的衍射数据,确定各衍射线的线的d d值及其相对强度。值及其相对强度。|2.2.根据试样成分和有关工艺条件,或参考根据试样成分和有关工艺条件,或参考有关文献,初步确定试样可能含有的物相。有关文献,初步确定试样可能含有的物相。按照这些物相的英文名称,从字母索引中找按照这些物相的英文名称,从字母索引中找出它们的卡片号,然后从卡片盒中找出相应出它们的卡片号,然后从卡片盒中找出相应的卡片。的卡片。|3.3.将实验测得的面间距和相对强度,与卡将实验测得的面间距和相对强度,与卡片上的值一一对
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